便携式粉尘观测仪测定腾格里沙漠和毛乌素沙地PM_(10)释放通量

中国北方沙漠和沙地是亚洲粉尘释放的重要源区,定量估算这一地区的粉尘释放量有助于评估区域大气环境质量及其气候效应.目前,对中国北方粉尘释放量的估算主要是基于模拟结果,野外直接观测数据很少.利用一种新型的粉尘释放观测仪器——便携式粉尘观测仪(PI-SWERL),测量腾格里沙漠和毛乌素沙地若干典型地表(沙丘、干湖、灌丛沙丘、河流冲积物等)的粉尘释放通量,获得了不同地表潜在粉尘释放量的直接观测数据.结果表明,不同地表的PM10释放通量存在较大差异,但均随摩阻风速的增加而增加.在相同的摩阻风速U*=0.55 m/s条件下,灌丛沙丘的PM10通量最高(0.70~10.23 mg/(m2 s)),河流冲积物次之(0.12~4.97 mg/(m2 s)),干湖湖底、沙丘等地表的通量较小(0.5 mg/(m2 s)).对比试验表明,破碎结壳地表释放的PM10通量是未破碎结壳的几倍甚至几十倍;披覆松散沙粒结壳地面的PM10释放通量高出未披覆的1~2个数量级.对比前人研究结果,PI-SWERL可以较好地反映不同源区粉尘释放的差异,对定量评估区域乃至全球的粉尘释放量等具有重要意义.     

间歇性内陆水域是重要的碳源

内陆水域包括河流、溪水和湖泊、水库以及水池,会部分出现暂时性或者季节性甚至年际性的干旱,称之为间歇性内陆水域.随着极端气候事件频发、人类活动加剧和土地利用变化等原因,其面积不断增加.然而,内陆水域CO₂排放研究基本集中在常流水域,对于间歇性水域的CO₂排放研究较少,国内目前还未展开相关的工作.本文综述了现今所知的包括河流溪水和湖泊水库以及水池在内的间歇性内陆水域在干旱和再浸润时CO₂排放,讨论这两个阶段CO₂释放通量的控制因素和作用机理.间歇性内陆水域在干旱时沉积物暴露接触到更多氧气,有机质分解作用增强;分解速率除受温度和湿度控制外,还受上覆植被的影响,存在时空差异性.再浸润时发生类似土壤中"桦木效应",间歇性内陆水域CO₂释放浓度迅速增加, CO₂排放通量受沉积物理化性质和温湿度影响.最后估算间歇性内陆水域CO₂排放量为每年0.51 Pg C,约占全球内陆水域CO₂(未计间歇性内陆水域)排放量的1/4,是全球内...     

封面说明

<正>中国北方沙漠、沙地是粉尘释放的重要源区,定量估算这一区域的粉尘释放量有助于评估大气环境质量及其气候效应.目前,对中国北方粉尘释放量的估算主要是基于模型模拟,野外直接观测数据很少.便携式粉尘观测仪(PI-SWERL)是一种新型仪器,与风洞实验原理类似,但简单轻便、易于操作,能较好地反映微地貌粉尘排放量的差异.南京大学鹿化煜等人应用PISWER L对腾格里沙漠和毛乌素沙地的沙丘、干湖、灌丛沙丘、河流冲积物等典型地表的PM10释放通量进行观     

中国区域农田秸秆露天焚烧排放量的估算

算了中国区域农田秸秆露天焚烧排放的各种污染物的量. 由于秸秆被大量露天焚烧, 已在中国一些地区引起了严重的环境问题. 根据有关政府部门对2000～2003年全国粮食作物和经济作物产量的县级统计资料, 结合谷草比, 估算的秸秆年产生量约6亿吨/年, 其中水稻、小麦、玉米秸秆共占76%左右. 依据农村生活水平等基础资料, 得到了秸秆被露天焚烧比例的县级数据, 估算出了被焚烧的总量, 约1.4亿吨/年. 结合采用了公开发表文献和试验得到的排放因子, 估算了秸秆露天焚烧PM, SO₂, NO_x, NH₃, CH₄, BC, OC, VOC, CO, CO₂的排放总量和地区排放量. 其中的一些污染物排放量, 如BC, VOC, OC, CO, CO₂, 对全国总排放量的贡献已经非常明显. 以2003年PM的排放为例, 用0.2°×0.2°的网格图显示了排放的地区分布. 结果表明, 排放在地区间的分布极不均衡, 单位面积排放量较高的地区主要来自东部地区、东北地区, 从东北至华东呈带状分布. 最后, 给出了估算排放量的误差分析.     

长江三角洲区域细颗粒物和臭氧对前体物减排的响应及政策启示

大气细颗粒物(PM_2.5)和臭氧（O₃）污染已成为中国当前最严峻的大气环境问题.氮氧化物（NO_x）与挥发性有机物（VOCs）是PM_2.5和O₃的共同前体物,准确量化NO_x与VOCs对PM_2.5和O₃的非线性响应关系,是实现PM_2.5和O₃的协同防控、持续改善环境空气质量的前提.本研究构建了长江三角洲（简称长三角）地区大气PM_2.5和O₃对其前体物排放的响应曲面模型（RSM）,探究了长三角41个城市不同季节大气PM_2.5和O₃对NO_x与VOCs减排的协同响应,提出了在长三角地区应采取分区域、分阶段、分季节的PM_2.5和O₃的协同调控策略.本研究还发现长三角地区不同城市的排放-浓度响应关系具有显著差异.对于O_3<...     

一种提高积雪深度估算精度的D-InSAR方法

积雪深度(雪深)是反映积雪时空变化规律的重要参数,是全球及区域气候变化与水文循环等研究不可或缺的观测变量.差分合成孔径雷达干涉(differential interferometric synthetic aperture radar, D-In SAR)技术利用降雪前后微波穿透积雪层形成的差分干涉相位与雪深建立几何函数关系,被广泛地应用于区域小尺度雪深估算研究.然而,其估算精度受干涉像对相干性、局地地形和积雪介电常数等因素的影响.本研究基于高分辨率Sentinel-1 SAR数据,通过引入高相干系数区域、Sentinel-2光学影像、Google Earth影像和地表覆盖类型选取地面控制点优化雪深差分干涉相位解缠精度,利用卫星局地入射角和实测积雪密度降低斜距-相位关系模型经验误差,估算得到青藏高原东北部八宝河流域2021年消融期雪深时空分布,同时根据卫星同步积雪实测资料详细探讨了雪深估算误差来源.122个地面雪深实测数据(气象站点+野外测量)验证结果表明,优化后的D-In SAR差分干涉处理能提高雪深估算精度, RMSE为3.9 cm, MAPE为20.03%, R²     

联合多种测高数据确定全球平均海面WHU2000

制定了比较全面的测高数据编辑准则,改善了地球物理改正模型的精度;系统地统一了不同测高数据的基准;研究并实现了多种测高数据区域联合交叉点平差方法,从而提高了Geosat,ERS-1和ERS-2的径向轨道精度;完善了由多种测高数据确定全球平均海面（MSS）的理论与方法;并利用7年的Topex/Posidon（11cycle～249cycle）数据、全部的ERS-1/168数据、52个周期的ERS-2（1cycle～52cycle）数据、44个周期的Geosat/ERM（1cycle～44cycle）数据确定了全球平均海面WHU2000,其格网分辨率为2’×2’,范围为纬度±82°之间,整体精度优于0.05m.将WHU2000MSS与格网分辨率为3.75’×3.75’的CLS_SHOM98.2MSS,3’×3’的GFZMSS95A和3.75’×3.75’的OSU MSS95等全球平均海面进行了比较,所得差值的标准差（STD）分别是0.090,0.237和0.079m.     

祁连山南麓高寒灌丛生态系统生长季CO2通量动态年际特征及环境驱动

高寒生态系统对全球碳循环发挥着至关重要的作用,然而对高寒生态系统长时间尺度上碳平衡动态及驱动机制的研究仍相对薄弱.本文以青藏高原东北部高寒金露梅灌丛为研究对象,分析了基于涡度相关系统观测的高寒灌丛2003～2016年生长季（5～9月）CO₂通量动态及影响机制.结果表明,总初级生产力（gross primary production,GPP）和生态系统呼吸（ecosystem respiration, Re）呈先增加后降低的单峰趋势,净生态系统CO₂交换（net ecosystem exchange, NEE）呈先下降后上升的"V"型变化趋势.高寒灌丛整个生长季总NEE、GPP和Re平均值分别为-143.8±30.5、509.0±65.1和365.2±34.6 g Cm^-2,表现为碳汇.在月尺度,分类回归树分析（classification and regression trees,CART）表明,生长季积温（aggregated growing season degree days, GDD）是月GPP和月NEE的最重要...     

2015～2050年南亚与东南亚输送对中国大气臭氧浓度的影响

使用戈达德对地观测系统化学传输模型（Goddard Earth Observing System Chemical Transport Model,GEOS-Chem）模拟了不同共享社会经济路径（shared socioeconomic pathways,SSPs）下2015～2050年中国、南亚和东南亚地区的日最大8小时臭氧（MDA8 O₃）浓度以及人为和生物质燃烧排放变化导致的南亚和东南亚输送变化对中国O₃浓度的影响.南亚和东南亚输送对中国O₃的影响涵盖珠江三角洲（简称珠三角）、广西、云南、贵州、四川盆地、青海、西藏以及新疆部分区域,使上述区域2015年MDA8 O₃年均浓度上升3.0～19.0μg m^-3.在典型污染区域,2015年南亚和东南亚传输对四川盆地MDA8 O₃浓度影响最大(+6.2μg m^-3),珠三角随后(+4.7μg m^-3),长江三角洲（简称长三角）影响最小(+0.6μg m^-3...     

长江三角洲区域大气PM2.5和臭氧污染协同控制路径

国家“碳达峰、碳中和”战略目标（以下简称“双碳”目标）的提出对长江三角洲（以下简称长三角）高质量一体化发展赋予了新的要求.本文基于长三角区域精细化排放清单和WRF-CMAQ模型,模拟了不同政策情景下区域空气质量改善情况.结果显示,绿色低碳情景（CP）较趋势照常情景（BAU）和末端强化情景（EP）具有更大的减排潜力,是实现绿色美丽长三角目标的重要路径.CP情景下,与2017年相比,预计2025年SO₂、NO_x、NMVOCs（non-methane volatile organic compounds）、一次PM_2.5排放将分别下降55.1%、26.5%、25.2%、27%;2035年,则将分别下降66%、56.4%、36.1%、39.4%.截至2035年,区域PM_2.5年均值和臭氧日8 h最大值第90百分位数（O₃-8 h 90th）将分别达到26和129μg m^-3,50%地级市PM_2.5年均浓度将达到世界卫生组织第二阶段指导值.综合...     

“双碳”目标对我国未来空气污染和气候变化的影响评估

近期,我国提出实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标和时间节点,未来我国空气污染和气候变化的发展趋势备受关注.本研究利用区域气候-化学-生态耦合模型Reg CM-Chem-YIBs,基于代表性浓度途径气候情景RCP4.5,使用中国未来排放动态预测模型（Dynamic Projection model for Emissions in China,DPEC）2030年排放数据,模拟预测了考虑实现“双碳”目标的情景下,未来区域减排政策和全球气候变化对我国空气污染与气候变化的影响.研究表明,相对于2015年,在未来区域减排政策和全球气候变化的共同作用下,2030年中国地区细颗粒物(PM_2.5)、臭氧（O₃）、二氧化碳（CO₂）平均浓度相对2015年分别下降了36.8、19.8μg m^-3和1.9 ppm(1 ppm=1μL L^-1).我国南方地区的气温将有明显升高,升高幅度在0.5～1.5 K之间,降水和云量分别减少了1～2 mm d^-1和3%～6%;北方地区气温有所...     

中国区域主要颗粒物及污染气体的排放源清单

利用政府部门公布的最新数据, 包括社会-经济数据、化石燃料和生物质燃料消耗数据等,同时采用一些新的、中国特有的排放因子, 计算了中国大陆2007 年高时空分辨率的颗粒物及污染气体的排放源清单. 计算的年排放量分别是: PM_2.5 1321.2 万吨, BC 139.9 万吨, OC 294.6 万吨,SO₂ 3158.4 万吨, NO_x 2324.8 万吨, NH₃ 1601.7.0 万吨, CO 16485.6 万吨, VOCs 3546.4 万吨. 计算出的全国和各地区的排放量采用0.5°×0.5°的网格来图示, 表明沿海地区及部分中部地区的排放强度明显高于西部地区; 部分污染物的排放具有较强的季节性, 主要是由于自然因素及居民采暖、农业秸秆的露天焚烧的季节性等所致. 分析对比表明, 本文计算的排放结果与其他清单基本相当, 但在不同污染物分类别的排放量上则不尽相同; 估算误差相对以往清单小.     

毛乌素沙地的粉尘释放通量观测及DPM模型的野外验证

目前关于中国粉尘源区的释放通量观测数据很少, 被经常使用的DPM粉尘释放模型在中国源区的可靠性还没有得到验证. 2002年春季在毛乌素沙地开展了野外观测实验, 分别观测了跃移通量、< 10 μm的粉尘释放通量、温度和风速梯度. 观测期间平均摩阻风速在0.26~0.35 m·s-1之间, 实测的跃移通量约在0.07~8.00 g·m^-1·s^-1之间, 实测和模拟的跃移通量较为一致, 跃移通量方程经验系数取2.61比较合适; 在3次局地的粉尘释放过程中, 实测的粉尘释放通量约在1~3 mg·m^-2·s^-1之间, 模拟的粉尘释放通量偏高, 说明该模型在低风速条件下还需要校正. 通过与前人数据的比较, 发现松散的砂质土的跃移通量大于具有物理结皮的砂质土和存在大土壤团块的壤质土, 说明在相同摩阻风速条件下, 松散的砂质土的粉尘释放通量最大, 预示中国北方粉尘的主要源地在沙漠和沙漠化的土地.     

我国PM2.5和臭氧污染前体物排放源清单的现状与质量评估

大气污染源排放清单是研究细颗粒物(PM_2.5)和臭氧污染成因、制定PM_2.5和臭氧污染精准协同防控策略的重要基础数据.依托国家科技项目以及各级管理部门的强力推进,近年来我国PM_2.5和臭氧污染前体物排放清单研究与编制工作得到了迅速发展,积累了相对完善的本土前体物排放因子及PM_2.5和VOCs成分谱数据集,建立了较为系统的前体物排放清单表征方法和编制指南;交通、卫星等大数据和多种校验评估方法逐渐得到重视与应用,污染源和污染物种覆盖逐渐精细化, VOCs组分排放清单逐渐受到关注,各种尺度前体物排放清单的时空分辨率、时效性和可靠性有了显著提升,基本满足区域和城市开展PM_2.5与臭氧污染防控对排放源清单的需求.尽管如此,我国前体物排放清单依然存在不确定性较大、排放因子和成分谱数据建立缺乏规范化评估、组分清单校验薄弱、排放源清单编制质量评估方法缺失等不足.未来工作需要在排放因子和成分谱数据集规范化、排放清单校验与质量评估方法指南编制、近实时和短临预测排放清单方法学与业务化、不同类型排放清...     

2013～2020年北京大气PM2.5和O3污染演变态势与典型过程特征

细颗粒物(PM_2.5)和臭氧（O₃）是我国当前最受关注的两种大气污染物,影响空气质量并危害人体健康.本文以2013～2020年北京大气污染物浓度水平和气象数据为基础,揭示PM_2.5与O₃污染的逐年变化特征及典型污染过程的“发生-发展-消除”规律.研究表明, PM_2.5污染过程的发生频次、持续时间、峰值浓度均逐年下降;相比之下, O₃污染过程的年际变化趋势不明显,在历年的5～7月中大约1/3时间处于O3污染过程;且在2018年, O₃超标天数首次超过PM_2.5超标天数,暗示O₃可能正在取代PM_2.5成为北京空气质量超标的主要污染物.通过剖析3次PM_2.5污染过程、3次O₃污染过程、3次PM_2.5与O₃双污染过程,发现PM_2.5爆发时和O3爆发前对应着高氮氧化物（N...     

动态地表覆盖类型遥感监测: 中国主要湖泊面积2000~2010年间逐旬时间尺度消长

传统湖泊面积制图一般选取一年中某一天的湖泊状态代表某段时间的湖泊面积状况, 无法反映湖泊面积的变化信息. 利用中等分辨率成像光谱仪（MODIS）8天500 m分辨率的合成数据, 通过样本自动选取与支持向量机（SVM）水体识别相结合, 获得了中国2000~2010年629个主要湖泊每8天的湖水分布范围. 比较2000年湖泊制图结果与同期30 m分辨率湿地解译湖泊分布图, 发现MODIS湖泊水体制图具有较高的精度（生产者精度91.06%, 用户精度89.81%）. 基于该多时相数据库分析了629个湖泊的面积变化、波动性、淹没程度以及丰水期. 中国主要湖泊总面积呈增加趋势, 主要来自青藏高原湖泊面积扩张. 2000~2010年最大面积大于1000 km²的湖泊有12个, 其中6个在萎缩. 鄱阳湖萎缩速率最大, 为-54.76 km² a^?1, 洞庭湖萎缩速率为-25.08 km² a^?1. 青藏高原、新疆北部、内蒙古东北部和东北地区湖泊面积波动性小, 长江中下游、内蒙古南部、新疆中部湖泊波动性大. 青藏高原、新疆北部、黑龙江、吉林湖泊淹没强度增加, 而新疆中部、西藏南部、内蒙古南部、四川、长江中下游湖泊淹没强度减少. 湖泊面积的高时间频率制图是从通用地表覆盖制图向高频率专一地表覆盖类型制图的尝试, 对湖泊水文研究将是一种重要的数据补充, 同时基于更准确的湖泊水淹等动态地表覆盖状况, 将有可能开发更准确的新一代陆面过程模式, 从而提高模式模拟效果.     

2015～2020年我国主要城市PM2.5和O3污染时空变化趋势和影响因素

近些年,我国已采取了系列严格的减排措施,旨在治理大气细颗粒物(PM_2.5)和臭氧（O₃）污染.本文基于国家空气环境监测网络地面观测数据,侧重分析了我国主要城市PM_2.5和O₃时空变化趋势以及影响因素.2015～2020年PM_2.5整体呈逐步下降趋势,而O₃在2015～2019年呈整体上升趋势,但在2020年部分地区有下降趋势.结合气象要素数据,利用KZ（Kolmogorov-Zurbenko）滤波耦合逐步多元线性回归,分析了排放与气象条件影响因素对典型城市PM_2.5和O₃长期分量趋势的贡献,其中排放对二者的贡献分别约为63%～93%和40%～80%.冬季PM_2.5/CO与NO₂/SO₂由负转为正比例关系,表明在当前的减排情景下,氮氧化物对该季节PM_2.5主要二次组分形成的贡献潜势可能在增加.O₃与PM     

京津风沙源地表释尘到达典型城市沙尘量及其源解析

土壤风蚀引起的地表沙尘释放是大气环境中可吸入颗粒的重要来源.准确估算地表沙尘释放对城市大气环境中可吸入颗粒物的贡献,是国家制定大气环境治理规划和决策的依据.本文结合地面调查、野外观测、遥感影像解译等手段,估算了风力作用下京津风沙源土壤风蚀引起的0～2.5、2.5～5、5～10、10～20μm沙尘输移到北京、张家口、赤峰、大同、呼和浩特、锡林浩特、包头、榆林的量,揭示了到达各城市不同粒径组沙尘量的变化规律,并从区域、土地利用、风向等方面进行了源解析,提出了京津风沙源治理的核心是PM₁₀(尤其是PM_2.5),治理区域需优先考虑农牧交错带、荒漠草原、燕山丘陵,治理的地类依次是耕地、沙地(漠)和草(灌)地,为京津风沙源治理宏观战略部署、总体方案优化与调整提供决策依据.     

DEM分辨率对计算地形起伏引起的高程异常的影响

影响GPS高程转换精度主要有两个方面：地形改正的短波段分量和重力场改正的中长波段分量。文章以四川某山区为例,采用不同分辨率的数字高程模型（DEM）来计算各控制点的高程异常地形改正值,然后利用“移去-恢复”技术来拟合各控制点的高程异常值。结果表明,对于山区当DEM分辨率在10m～100m内取20m-30m时,可以显著提高GPS高程转换的精度,从而有利于具有精度高、速度快、布网灵活等诸多优势的GPS高程测量新技术的普及应用。     

新一代沙尘天气预报系统GRAPES_CUACE/Dust: 模式建立、检验和数值模拟

基于中国气象局数值预报基地研发的新一代全球/区域同化、预报系统(GRAPES)的中尺度预报模式(GRAPES_meso)和中国气象科学研究院大气成分中心开发的大气化学模块(CUACE/dust), 建立了中国沙尘天气预报系统(GRAPES-CUACE/Dust). 该系统引入了中国地区最新的土地沙漠化资料、中国沙漠沙尘气溶胶的光学特性资料、逐日变化的土壤湿度和雪盖资料. 模式质量守恒性能良好. 将批量实时预报结果与地面天气观测和臭氧分光计反演的气溶胶指数(TOMS AI)的对比表明: 模式能够比较准确地预报中国以及东亚地区沙尘天气发生、发展、输送以及消亡过程, 能够对起沙量、干、湿沉降量、沙尘浓度以及沙尘光学厚度等一系列要素进行实时定量预报. 以2006年4月7次主要沙尘天气为例, 分析了起沙和干、湿沉降以及沙尘大气载荷的时空分布等特征. 结果表明, 2006年4月东亚地区沙漠向大气中注入沙尘总量约为2.25亿吨, 沙尘排放以下面三大源区为主: 中国北部内蒙古和中蒙边界附近沙漠为东亚沙尘最重要的排放源, 沙尘排放量为1.53亿吨, 占排放总量的68%. 塔克拉玛干沙漠沙尘排放量位居第二, 将近4000万吨, 占沙尘排放总量的17%, 浑善达克沙地排放量约为1500万吨, 占排放总量的7%. 其他地区的沙漠、沙地以及废弃的耕地等的沙尘排放量之和只占沙尘排放总量的8%. 2006年4月东亚地区沙尘沉降总量为1.36亿吨. 沙尘沉降的区域分布表明, 三大沙漠源区同时也是沙尘的主要沉降区, 三大源区的沉降量大约占沉降总量78%, 共1.35亿吨的沙尘在三大沙漠源区沉降, 其次是源区下游的中国大陆地区, 沙尘沉降为沉降总量的16%, 大约200多万吨. 120ºE以东的中国近海、韩国、日本以及西太平洋地区沉降量只占总沉降量的6%左右, 约85万吨. 干、湿沉降的分析表明, 由于4月中国北方地区干燥少雨, 在2007年4月的沙尘沉降总量中, 以干沉降为主, 大约占沉降总量的94%, 湿沉降只占沉降总量的6%左右.